[发明专利]一种用于金属激光选区熔化成形工艺的扫描方法

说明书

本发明涉及一种用于金属激光选区熔化成形工艺的扫描方法。该方法大大降低了金属零件成型过程中热应力集中，翘曲变形，开裂等缺陷出现的机率，确保了最终零件的成形质量。该方法主要步骤是：1)轮廓偏置；2)内轮廓区域内构建若干个泰森多边形；3)扫描内轮廓区域；4)扫描窄边外轮廓区域；5)重复步骤1‑步骤4，直到N‑1层截面全部扫描完成；6)第N层截面的扫描。

技术领域

本发明属于增材成形制造技术领域，具体涉及一种用于金属激光选区熔化成形工艺的扫描方法。

背景技术

增材制造技术(又称为“3D打印”)是近年来迅速发展起来的高端数字化快速制造技术，适用于复杂构件的近净成形，采用增材制造技术制造出的成形件具有优异的力学性能，适合多种材料的快速成形，且材料利用率高。激光选区激光熔化成形技术(SelectiveLaser Melting，SLM)是增材制造的典型代表，它将传统的三维制造工艺转变为平面制造-累积叠加工艺，通过粉末逐层熔化实现三维复杂精密零部件的制造，由于粉末处于静止状态可设计制造辅助支撑结构，因此适合几乎任意复杂形状金属零部件的制造，可广泛应用于航空航天、汽车、模具、医疗等行业。

激光选区激光熔化具有以下优点：

1)直接成形终端金属产品，省掉中间过渡环节；

2)可得到冶金结合的金属实体，密度接近100％；

3)SLM制造的工件有高的拉伸强度；较低的粗糙度(Rz30-50mm)，高的尺寸精度(0.1mm)；

4)适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构(如空腔)、用传统方法无法制造的复杂工件；

5)适合单件和小批量模具和工件快速成型。

但现有激光选区成形设备，制作零件的过程大多没有消除残余应力影响，时常出现变形、翘曲、开裂等缺陷，而且成形效率较低，这些问题除了与材料属性有关外，与成形扫描方法也有很大的关系。现有的激光选区熔化成形设备的扫描方法多采用轮廓偏置法、逐行扫描方式、螺旋扫描方式，条带式分区以及棋盘式分区等，扫描方式的不同对三维零件的成形加工质量有很大的区别。应力应变分布不均，产生裂纹、翘曲变形等问题，影响成形质量。

发明内容

为了解决现有扫描方法存在的问题，本发明综合考虑了金属零件成型过程中热应力集中，翘曲变形，开裂等缺陷产生的原因，提出了轮廓窄边区域，泰森多边形分区，不相邻随机选择扫描，同一截面垂直交叉重熔等手段相结合的一种用于金属激光选区熔化成形工艺的扫描方法确保了最终零件的成形质量。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于金属激光选区熔化成形工艺的扫描方法，包括以下步骤：

1)轮廓偏置

获取零件实体的第一层截面形状，将零件实体的外轮廓线向零件实体中心的方向偏置0.5-2mm，形成一个内轮廓线，从而将所述第一层截面形状分割成内轮廓区域和一个窄边外轮廓区域；所述零件实体由N个截面构成；

2)内轮廓区域内构建若干个泰森多边形；

在内轮廓区域内随机生成若干个离散控制点，构建三角网，生成若干个泰森多边形；

3)扫描内轮廓区域；

采用任意相位角度α，以每一个泰森多边形为一个单元随机扫描；所述相位角度α的选取范围是：0～180°；

扫描时需遵循的原则是：

A、不能连续扫描相邻泰森多边形；

B、扫描每个泰森多边形时，扫描相位角度α可以以固定角度变化，也可随机变化；

4)扫描窄边外轮廓区域；